船舶焊接超声检测

船舶焊接超声检测（精选八篇）

船舶焊接超声检测 篇1

随着现代科学技术的发展及中国造船业在世界船业界的崛起,无损检测技术在船舶工业中的应用越来越广泛,技术要求也越来越高,成为产品质量管理的重要手段。焊接质量的高低直接影响了船舶修造的质量与安全,作为现场检验人员来说,对船舶焊接的检验必须高度重视。船舶无损检测的特点是:检测对象复杂(各部分焊接结构的载荷特性、应力状态、焊缝形式及等级多样),检测量大(一条万吨级船焊缝测量就在1万m以上)及检测条件差(90%以上检测在现场进行)。

本文主要介绍在船舶建造和修理过程中船体结构钢常规无损检测方法以及无损检测的新进展。

1 船舶无损检测对象

船舶无损检测对象有两大类,有船舶结构件(船体、舱板、船舵及螺旋桨推进器等)和船内管道系统。

(1)船体

船体的主要构件有强肋骨、舷侧纵桁、强横梁、甲板纵桁、实肋板、船底桁材、舱壁桁材等,次要构件有肋骨、纵骨、横梁、舱壁扶强材、组合肋板的骨材等。船体构件的焊接连接主要有对接焊缝、角焊缝、搭接焊缝、塞焊缝等。典型结构见图1、图2所示。

(2)船舵

舵系是由那些将舵机动力传递到舵叶产生舵效的部件和构件组成,包括固定件———舵杆舵承(上、下舵承)、舵销轴承、舵轴等和运动件———舵杆、舵叶和舵销等。舵系安装在船舶尾部螺旋桨的正后方,有单、双舵系之分。舵系除因海损事故需要进行修理外,一般情况下很少修理,具有较长的使用期。

舵系检修可随同轴系检修进行。船舶进坞后,在舵系拆卸前应进行全面勘验,以确定修理内容和范围,并作为修后验收的依据。如要进行外观检查:(1)人站在船尾,目测舵角零位舵叶是否居中;(2)目测检验舵叶和舵杆有无弯扭等变形;(3)小船可用手转动舵叶检验其舵灵活性;(4)检查密封装置损坏情况。

舵杆是舵系的重要零件。常需检测检测:(1)舵杆工作轴颈的磨损检测:测量工作轴颈的直径并计算其圆度、圆柱度误差;(2)舵杆表面腐蚀、裂纹检测:采用渗透探伤、磁粉探伤或超声波探伤检测舵杆表面的腐蚀和裂纹情况;(3)在车床或支架上检测舵杆的弯曲变形。

(3)螺旋桨

螺旋桨是一种反作用式推进器。当螺旋桨转动时,桨推水向后(或向前),并受到水的反作用力而产生向前(或向后)的推力,使船舶前进(或后退)。螺旋桨由桨叶和桨毂构成。桨叶通常为3~5片,最多为6片,各片之间按等距布置。如图3所示。

2 船舶无损检测常规技术

现代无损检验不仅探测缺陷,而且给出缺陷的定量评价。定量测量缺陷的形状、大小、位置、取向、分布和缺陷的性质等,定量测量零件和材料的物理、力学性能,如温度、残余应力、覆盖层厚度等。

2.1 外观检验

焊接接头的外观检验是一种手续简便而又应用广泛的检验方法,是成品检验的一个重要内容。

外观检查主要是发现焊缝表面的缺陷和尺寸上的偏差。这种检查一般是通过肉眼观察,借助标准样板、量规和放大镜等工具来进行检验的,故有肉眼观察法或目视法之称。如采用肉眼或放大镜观察焊缝外观,采用直尺、角尺、铅锤、水平仪等检测焊件有无焊接变形等。

2.2 表面缺陷检验(渗透探伤)

液体渗透探伤是使用较早的一种检验表面缺陷的方法。零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透液后,在毛细管的作用下,经过一段时间,渗透液可渗透到表面开口的缺陷中,经去除零件表面多余的渗透液后;再在零件表面施涂显象剂,同样在毛细管的作用下,显象剂将吸引缺陷中保留的渗透液,渗透液回渗到显象剂中;在一定光源下,缺陷处的渗透液痕迹被显示,从而测出缺陷的形貌和分布状态。

渗透探伤原理简单,操作方便、灵活,适应性强,可检查各种材料和各种形状、尺寸的零件,对表面裂纹有很高的检测灵敏度,但不能检测表面非开口性缺陷和皮下缺陷。按照渗透剂的不同有三种方法。

2.2.1 煤油白粉法

煤油白粉法是一种老式的但很简便的渗透探伤方法,一直沿用至今。以煤油为渗透剂,石灰粉或白垩粉为显像剂。检验步骤如下:

(1)检验时,先将清洗干净的零件浸入煤油中或把煤油涂抹在零件待检表面上,依零件尺寸大小而定;

(2)15~30min后,煤油已充分渗入零件缺陷中,取出零件并擦干;

(3)在零件待检表面上涂上一层白粉,干燥后适当敲击零件,使渗入缺陷中的煤油携缺陷中的锈、污等复渗于白粉上,呈现出黑色痕迹,将零件表面上缺陷的大小、部位或覆盖层脱壳情况显示出来。

此法简便、实用、经济,但不精确,只能粗略检验。

2.2.2 着色探伤

着色探伤的渗透液中含有红色颜料、溶剂和渗透剂等成分。具有渗透力强,渗透速度快,显像清晰醒目,洗涤性好,化学稳定性好和无腐蚀、无毒或低毒等特点。显像剂常用氧化锌、氧化镁或二氧化铁等白色粉末和有机溶剂组成。显像剂具有悬浮力好,与渗透液有明显的衬度对比,显示缺陷清晰,易于辨别,无腐蚀性等特点。着色探伤主要用清洗剂、渗透剂和显象剂。探伤材料见图4。

渗透剂渗透时间对检验效果影响很大。时间短,小缺陷难以发现,大缺陷显示不完全,时间长,难以清洗,且检验效率低。一般,根据零件材料确定渗透时间。例如,铝镁合金铸件约为15min;钢的铸、锻件约为30~60min;塑料、玻璃、陶瓷等非金属材料约为5~30min。

2.2.3 荧光探伤

荧光探伤是借助残留在零件缺陷内的荧光渗透液在紫外线照射下发出的荧光显示缺陷。

荧光渗透液主要由荧光物质、溶剂和渗透剂组成。具有荧光亮度高、渗透性好、检测灵敏度高、化学稳定性好、易于清洗和无毒、无味、无腐蚀性的特点。荧光物质是在紫外线照射下能够通过分子跃迁产生荧光的物质。通常采用在紫外线照射下发出黄绿色荧光的渗透液,这种颜色在暗处衬度高,人的视觉对其最敏锐。

显像剂常用经过干燥处理的白色氧化镁粉,它具有最高的灵敏度和显示亮度。在荧光探伤操作中,渗透方法主要是浸液法,渗透时间一般为15~20min。常用的紫外线灯又称黑光灯,是一种高压水银灯,产生紫外光及可见光,如图5所示。

荧光探伤具有灵敏度高、操作简便、使用灵活等优点,但需在暗室中观察,长期受紫外线照射有害健康。

2.3 焊缝内部缺陷的检验

常用的有射线照相检验、超声波检验、磁粉检测。由于各种检测方法都具有一定的特点,为提高检测结果可靠性,应根据设备材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式,预计可能产生的缺陷种类、形状、部位和取向,选择合适的无损检测方法。

2.3.1 超声波探伤

声波频率在16Hz~20k Hz为人的听觉范围;频率小于l6Hz的声波称为次声波;频率超过20k Hz的声波称为超声波。超声波具有频率高、波长短、传播能量大、穿透力强、指向性好的特点。超声波在均匀介质中沿直线传播,遇到界面时发生反射和折射,并且可以在任何弹性介质(固体、液体和气体)中传播。

超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种探伤方法。按其工作原理可分为脉冲反射法、穿透法和共振法超声波探伤等。船舶焊接检验常用脉冲反射法超声波探伤仪。

脉冲反射波法是利用脉冲发生器发出的电脉冲激励探头晶体产生超声脉冲波。超声波以一定的速度向零件内部传播,遇到缺陷的波发生反射,得到缺陷波,其余的波则继续传播至零件底面后发生反射,得到底波。探头接收发射波、缺陷波和底波,放大后显示在荧光屏上。由发射波、缺陷波和底波在时间基线上的位置求出零件内缺陷的部位。依缺陷波的幅度判断缺陷的大小,具体方法有当及量法、定量法等。对于缺陷的性质则主要依缺陷波的形状和变化,结合零件的冶金、焊接或毛坯铸、锻工艺特点,以及参照缺陷图谱和探伤人员的经验来判断。

超声波探伤设备主要由超声波探伤仪、探头和试块是组成。见图5所示。

(1)探头:探头又称压电超声换能器,是实现电———声能量相互转换的能量转换器件。可分为直探头、斜探头、水浸焦距探头和双晶探头。焊缝质量检验通常采用斜探头

(2)超声波探伤仪超声波探伤仪是探伤设备的主体,主要功能是产生超声波频率电振荡,并以此来激励探头反射超声波。同时,它又将探头送回的电信号予以放大、处理,并通过一定方式显示出来。

(3)试块按一定用途设计制作的具有简单形状人工反射体的试件,称试块。它是探伤标准的一个组成部分,是判定探伤对象质量的重要尺度。分标准试块和对比试块。

超声波探伤的特点:超声波探伤迅速,灵敏度高,可探测5~3000mm厚的金属或非金属材料的构件,设备简单,操作灵活、方便,探测范围广,对人体无害。但对零件表面粗糙度有一定要求,一般要求粗糙度等级高于Ra6.3um,表面清洁、光滑,与探头接触良好。由于零件表面一段距离内的缺陷波与初始波难于以分辨,难以探测缺陷,所以这段距离称为盲区。盲区的大小因超声波探伤仪不同而异,一般为5~7mm。超声波探伤中对缺陷种类和性质的识别较为困难,需借助一定的方法和技术。

2.3.2 射线探伤

射线探伤又称射线检验:是利用射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种探伤方法。它可以检查金属和非金属及其制品的内部缺陷。如焊缝中的的气孔、夹渣、未焊透等体积性缺陷。

按使用的射线源种类不同,可分为X射线探伤、γ射线探伤和高能射线探伤等,目前造船工业中广泛使用的是X射线照相法探伤。射线照相法探伤是利用物质在密度不同、厚度不同时对射线的吸收程度不同(即射线的衰减程度不同),就会使零件下面的底片感光不同的原理,实现对材料或零件内部质量的照相探伤。当射线穿过密度大的物质,如金属或非金属材料时,射线被吸收得多,自身衰减的程度大,使底片感光轻;当射线穿过密度小的缺陷(空气)时,则被吸收得少,衰减小,底片感光重。这样就获得反映零件内部质量的射线底片。

射线探伤的特点:

(1)可直接观察零件内部缺陷的影像,对缺陷进行定性、定量和定位分析;

(2)探测厚度范围大,从薄钢片到厚达500mm以内的钢板,但薄钢片的表面缺陷(如表面发纹、疲劳裂纹等)较难探测;

(3)设备复杂、昂费,检验费用高;

(4)射线对人体健康有害,其设备应加防护措施。射线探伤适用于所有的材料,可检验金属、非金属材料内部质量,探测铸件、焊接件内部的缺陷,如检测船体焊缝的质量。

2.3.3 磁粉探伤

磁粉探伤或称磁力探伤,是基于铁磁性材料导磁率高的特性来检验缺陷,当表面域近表面存在缺陷的零件在磁场中被磁化后产生漏磁磁场,漏磁磁场吸附磁粉显示出零件表面或近表面缺陷的大小、形状和部位。磁粉探伤具有设备简单、操作容易,检验速度快和灵敏度较高的优点,但仅适用于铁磁性材料。广泛应用于各种工业生产和修造船工业生产中。

磁粉探伤可以探测材料或零件表面和近表面的缺陷,对检验裂纹、发纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷极为灵敏。采用交流电磁化可探测表面下2mm以内的缺陷,采用直流电磁化可探测表面下6mm以内的缺陷。磁粉探伤设备有固定式、移动式和手提式三种磁力探伤机,显示介质为较细的纯铁磁粉(Fe3O4),直接使用干粉灵敏度高,但操作不便;把磁粉和煤油混合成湿粉,使用方便。

由于铁磁性材料的顽磁性使经磁粉探伤的零件内有剩磁,剩磁会使回转零件吸附铁屑而加剧磨损和使仪表工作不正常。所以经磁粉探伤的零件必须退磁,如探伤后需进行700℃以上的热处理,则不须退磁。退磁后可用袖珍式磁强计检测剩磁。

3 其他先进无损检测方法

3.1 涡流检测

涡流探伤是一种探测金属零件或构件表面和近表面缺陷的无损探伤方法。涡流深伤是在电磁感应的基础上,利用在交变磁场作用下不同材料产生不同振幅和相位的涡流来检验铁磁性和非铁磁性材料的物理性能、缺陷和结构尺寸等的检验方法。

涡流探伤的特点:

(1)可探测零件表面以下0.11~0.20mm处的缺陷;

(2)探伤的灵敏度较高,速度快;

(3)设备简单,操作容易、灵活,可以原地探测;

(4)探伤时采用不与缺陷零件接触的间接测量法,便于实现自动化控检测;

(5)由于影响涡流变化的因素较多和涡流信号不易分离与提取,使探伤的可靠性受到影响。

(6)涡流探伤仅适用于导电材料,因缺陷显示不直观,所以不适于形状复杂的零件。

涡流探伤的应用:

涡流探伤可探测零件内的缺陷,如焊接裂纹、气孔和夹杂物;测量材料的物理量,如导电率、导磁率、晶粒度、硬度、尺寸和热处理状态;测量零件表面上镀层、涂层的厚度和测量金属箔、板材、管材的厚度、直径等。

3.2 声发射检测

材料或结构在外力或内力作用下产生变形或断裂时,以弹性波形式释放出应变能的现象叫作声发射。绝大多数金属材料塑性变形和断裂时都有声发射发生,但声发射信号的强度很弱,人耳不能直接听到,需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器检测、分析声发射信号,并利用声发射信号来推断声发射源的技术,称为声发射技术。

所有的焊接缺陷都可以成为声发射源,平面型缺陷比非平面型缺陷更容易成为声发射源。

声发射探伤特点:

(1)声发射探伤仪显示和记录那些在力的作用下扩展的危险缺陷。

(2)声发射探伤对扩展中的缺陷有很高的灵敏度,可以探测到零点几微米数量级的裂纹增量。

(3)声发射探伤过程对工件表面状态和加工质量要求不高。

(4)缺陷尺寸及在焊缝中的位置和走向不影响声发射探伤结果。

(5)声发射探伤与射线照相法和超声波探伤相比,受材料的限制比较小。

3.3 红外线探伤

红外线探伤是建立在传热学理论上的一种无损探伤方法。在探伤时,可将一恒定热流注入工件,如果工件内存在有缺陷,由于缺陷区与无缺陷区的热扩散系数不同,那么在工件表面的温度分布就会有差异,内部有缺陷与无缺陷区所对应的表面温度就不同,由此所发出的红外光波(热辐射)也就不同。利用红外探测器可以响应红外光波(热辐射),并转换成相应大小电信号的功能。逐点扫描工件表面就可以得知工件表面温度分布状态,从而找出工件表面温度异常区域,确定工件内部缺陷的部位。

其它还有激光全息探伤、热中子照相法探伤、衍射波时差法超声检测技术等。

4 小结

超声波检测、射线检测已经在船舶焊接检验中得到广泛应用,随着科技及船舶业的发展,无损检测新技术的应用前途广阔。如计算机辅助射线照相技术主要用于船体、船舱、管线对接或角焊缝检测;超声快速扫描技术可用于船体、船舱长对接焊缝检测;衍射波时差法超声检测可用于船体、船舱对接焊缝检测等。

摘要：介绍了船舶焊接中常用的几种无损检测方法,论述各种无损检测方法的原理、检测特点、检测设备及应用范围,最后给出几种无损检测方面的新技术,展望了船舶修造中无损检测的广阔前景。

关键词：无损检测,超声波检测,射线检测,内部缺陷

参考文献

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[2]张燕宏,李志远.焊接结构件焊缝缺陷的无损检测技术研究.机电产品开发与创新,2003(2):27-29.

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[5]Rewerts L E,Roberts R A.Dispersion compensation in acoustic emission pipeline leak location.Review of Progress in Quantitative.Nondestructive Evaluation.1997(04)

船舶焊接超声检测 篇2

在厂房建设及设备安装中大量使用钢结构，钢结构的焊接质量十分重要，无损检测是保证钢结构焊接质量的重要方法。无损检测的常规方法有直接用肉眼检查的宏观检验和用射线照相探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等仪器检测。肉眼宏观检测可以不使用任何仪器和设备，但肉眼不能穿透工件来检查工件内部缺陷，而射线照相等方法则可以通过各种各样的仪器或设备来进行检测，既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷，也可以大大提高检测的准确性和可靠性。至于用什么方法来进行无损检测，这需根据工件的情况和检测的目的来确定。那么什么又叫超声波呢？声波频率超过人耳听觉，频率比20千赫兹高的声波叫超声波。用于探伤的超声波，频率为0.4-25兆赫兹，其中用得最多的是1-5兆赫兹。利用声音来检测物体的好坏，这种方法早已被人们所采用。例如，用手拍拍西瓜听听是否熟了；医生敲敲病人的胸部，检验内脏是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否坏了等等。但这些依靠人的听觉来判断声响的检测法，比声响法要客观和准确，而且也比较容易作出定量的表示。由于超声波探伤具有探测距离大，探伤装置体积小，重量轻，便于携带到现场探伤，检测速度快，而且探伤中只消耗耦合剂和磨损探头，总的检测费用较低等特点，目前建筑业市场主要采用此种方法进行检测。下面介绍一下超声波探伤在实际工作中的应用。接到探伤任务后，首先要了解图纸对焊接质量的技术要求。目前钢结构的验收标准是依据GB50205-95《钢结构工程施工及验收规范》来执行的。标准规定：对于图纸要求焊缝焊接质量等级为一级时评定等级为Ⅱ级时规范规定要求做100%超声波探伤；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为二级时评定等级为Ⅲ级时规范规定要求做20%超声波探伤；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为三级时不做超声波内部缺陷检查。在此值得注意的是超声波探伤用于全熔透焊缝，其探伤比例按每条焊缝长度的百分数计算，并且不小于200mm。对于局部探伤的焊缝如果发现有不允许的缺陷时，应在该缺陷两端的延伸部位增加探伤长度，增加长度不应小于该焊缝长度的10%且不应小于200mm，当仍有不允许的缺陷时，应对该焊缝进行100%的探伤检查，其次应该清楚探伤时机，碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度后、低合金结构钢在焊接完成24小时以后方可进行焊缝探伤检验。另外还应该知道待测工件母材厚度、接头型式及坡口型式。截止到目前为止我在实际工作中接触到的要求探伤的绝大多数焊缝都是中板对接焊缝的接头型式，所以我下面主要就对焊缝探伤的操作做针对性的总结。一般地母材厚度在8-16mm之间，坡口型式有I型、单V型、X型等几种形式。在弄清楚以上这此东西后才可以进行探伤前的准备工作。在每次探伤操作前都必须利用标准试块（CSK-IA、CSK-ⅢA）校准仪器的综合性能，校准面板曲线，以保证探伤结果的准确性。

1、探测面的修整：应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等，光洁度一般低于▽4。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于等于2KT+50mm，（K:探头K值，T：工件厚度）。一般的根据焊件母材选择K值为2.5探头。例如：待测工件母材厚度为10mm,那么就应在焊缝两侧各修磨100mm。

2、耦合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗，而且经济，综合以上因素选择浆糊作为耦合剂。

3、由于母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法来调节仪器的扫描速度。

5、在探伤操作过程中采用粗探伤和精探伤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是精探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。

6、对探测结果进行记录，如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对头内部缺陷分级应符合现行国家标准GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》的规定，来评判该焊否合格。如果发现有超标缺陷，向车间下达整改通知书，令其整改后进行复验直至合格。一般的焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。到目前为止还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行准确的评判，只是根据荧光屏上得到的缺陷波的形状和反射波高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判。对于内部缺陷的性质的估判以及缺陷的产生的原因和防止措施大体总结了以下几点：

1、气孔： 单个气孔回波高度低，波形为单缝，较稳定。从各个方向探测，反射波大体相同，但稍一动探头就消失，密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度烘干，焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀，焊丝清理不干净，手工焊时电流过大，电弧过长；埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大；气体保护焊时保护气体纯度低等。如果焊缝中存在着气孔，既破坏了焊缝金属的致密性，又使得焊缝有效截面积减少，降低了机械性能，特别是存链状气孔时，对弯曲和冲击韧性会有比较明显降低。防止 这类缺陷防止的措施有：不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条，生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干，坡口及其两侧清理干净，并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。

2、夹渣： 点状夹渣回波信号与点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时反射波幅不相同。这类缺陷产生的原因有：焊接电流过小，速度过快，熔渣来不及浮起，被焊边缘和各层焊缝清理不干净，其本金属和焊接材料化学成分不当，含硫、磷较多等。防止措施有：正确选用焊接电流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必须把坡口清理干净，多层焊时必须层层清除焊渣；并合理选择运条角度焊接速度等。

3、未焊透： 反射率高，波幅也较高，探头平移时，波形较稳定，在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷。其产生原因一般是：坡口纯边间隙太小，焊接电流太小或运条速度过快，坡口角度小，运条角度不对以及电弧偏吹等。防止措施有：合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

4、未熔合： 探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。其产生的原因：坡口不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧偏吹等。防止措施：正确选用坡口和电流，坡口清理干净，正确操作防止焊偏等。

船舶焊接超声检测 篇3

关键词：铍铜焊接 超声检测；水浸法；区分显示

中图分类号：TG115.28 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

1 引言

近年来，工业发达国家广泛地将计算机和超声检测相结合，研制各种超声无损检测的计算机数字化成像、数据采集和分析系统，以提高检测精度、重复性、可靠性和直观性，为科学地客观地评价缺陷提供有力的工具。

2 检测原理

铍铜焊接件超声检测的传播途径如图1所示。

图1 铍铜焊接件水浸法检测未结合时超声波传播途径

注：1 铍，2 超声波探头，3 超声波束，4 未结合，5 水，6 铜

通过理论分析，本文可以采用水浸法对铍铜焊接件进行超声检测。本文采用单探头超声脉冲反射法进行结合质量的检测，调整探头与水接头垂直，利用垂直入射的声波在通过不同声阻抗的界面时，一部分声波反射一部分声波透射的性质，根据结合面不同反射波的幅度并依据测量的缺陷面积，进行结合质量的评定[1]。

3 铍铜焊接件超声自动检测系统

铍铜焊接件超声自动检测系统的框图见图2。

图2 铍铜焊接件自动超声检测系统框图

3.1探头选择的具体参数

确定超声波检测探头的具体技术指标如下：

探头形式为水浸点聚焦探头；探头频率为10MHz；探头焦距为50mm；探头晶片尺寸为Φ10mm；探头焦点尺寸Φ1mm。研制的专用探头如图3所示：

图3 特制水浸点聚焦探头

3.2 检测灵敏度选择

根据铍铜焊接件检测要求发现埋藏10mm的Ф1.7mm和Ф2mm的平底孔即可，本项目结合工程经验并结合检测要求设计了对比试块，如图4所示：

图4 铍铜焊接件超声对比试块（1号为Ф1.7mm，2号为Ф2mm）

为了能够尽量提高检测灵敏度，在设计对比试块的时候增加了Ф1mm人工平底孔，由于铍和铜声阻抗的差异，在铍/铜界面上存在0.3的声压反射率，在实际检测实施时反应为Ф1mm平底孔大小的缺陷显示，故无法采用不小于Ф1mm平底孔作为检测灵敏度。

本项目采用进口超声波探伤仪USD 15对对比试块进行了检测实验，并取得了有效实验数据，实验数据见表1：

3.3实验数据分析

实验数据表明采用USD-15S仪器和专用探头，能发现埋藏深度为10mm的Ф1.7mm和Ф2mm平底孔，完全满足技术条件要求。

4 软件部分设计

4.1 软件系统模块

整套软件使用Visual C++6.0编写，主要包括以下模块（软件模块框图如图5）

图5 铍铜焊接件超声波检测软件模块图

4.1.1 系统初始化模块

系统具有永久记录功能，所有参数调节界面均实现图形化。凡需人工设置的参数只须输入一次，主要包括：

a.数据采集卡、运动控制卡及驱动系统初始化；

b.各运动轴位置复位；

c.初始化参数保存；

d.待件工件的编号、长、宽等参数的读取

标定过程完全自动化，提供友好的人机接口，快速、准确、直观。

4.1.2传动控制模块

本模块主要完成各运动轴的控制，主要包括：

a.驱动系统控制（带正、反向控制）；

b.原点及行程极限检测；

c.传动速度和加速度控制。

4.1.3数据采集分析模块

本模块主要实现数据采集处理，过程可动态显示，主要包括：

a.数据采集；

b.异常数据分析剔除；

c.数据分析。

4.1.4实时显示区分模块

本模块主要实现检测结果实时显示，并能够对不同程度缺陷使用由浅到深的颜色进行区分显示。

4.1.5檢测结果图像放大缩小模块

本模块主要实现对小工件检测结果能够放大观察，对大工件检测结果进行缩小观察。

4.1.6防漏检机制模块

本模块主要实现当计算机CPU占用率较高时，出现漏检时给与报告同时对出现漏检的行进行重新检测。

4.1.7结果保存模块

本模块主要实现对检测结果的保存。

本软件系统具有模块化、人性化、可视化、功能多样化的特点。

4.2 系统调试情况

使用本项目开发的软件对铍铜焊接件对比试块进行了检测，试验灵敏度采用表1所示值检测了对比试块，检测结果如图6所示：

5 结论

本项目前期首先采用水浸法对铍铜焊接件结合质量超声检测进行了理论分析，确定了检测方法；然后在理论分析的基础上，采用专用的水浸点聚焦超声探头，设计并加工了对比试块，采用USD-15仪器进行了对比试块的检测。实验结果表明，采用该方法可以满足检测要求，有足够的灵敏度余量。本项目所开发的软件系统成功解决了对检测结果的实时显示，并能够对检测出的缺陷严重程度进行区分显示。

本项目研究成果已经在铍铜焊接件结合质量超声检测中使用，能够清楚的实时区分显示出检测结果，该方法具有很强的通用性，可以作为其它超声自动检测系统的研发基础。对该程序进行局部调整后，即可直接应用于其它超声自动检测项目，具有很强的通用性。

参考文献

[1] 郑晖， 林树青. 超声检测[M]. 2版. 北京： 中国劳动社会保障出版社， 2008.

[2]马寅山；夏舞艳；李咏梅；；火力发电厂在役铸钢件阀门裂纹检测[J]；自动化与信息工程；2013年04期

超声波无损探伤检测焊接质量研究 篇4

目前,钢结构在现代各类工程建设中以及大型设备安装中应用广泛,因此,对于钢结构的质量,特别是焊接质量要求十分严格。在众多的检测方法中,无损检测是确保钢结构的焊接质量最有效的方法。因为超声波无损探伤检测具有检测距离大、检测装置小、便于携带等特点,特别是检测速度快,因为在检测中只磨损探头和消耗磨合剂,所以检测成本低,因此超声波无损检测得到了广泛的应用。

2超声波无损探伤检测的应用

超声波探伤主要用于全熔透焊缝,检测焊缝长度不小于200mm,探伤比例是按照焊缝百分数比例计算的。在局部探伤中,存在缺陷焊缝两端所延伸的焊缝长度需要10%,并且不应该小于200mm,对于仍然存在缺陷的焊缝,就需要对焊缝100%探伤检测。检测的时间也应该控制好,碳素结构钢检测时间是在焊缝冷却至环境温度就可以检测,低合金结构钢需要焊接24小时后才可以检测。

3检测方法

在每次探伤操作前都必须利用标准试块(CSK-IA、CSK-ⅢA)校准仪器的综合性能,校准面板曲线,以保证探伤结果的准确性。

3.1探测面的修整:应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等,光洁度一般低于荦4。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于等于2KT+50mm,(K:探头K值,T:工件厚度)。一般的根据焊件母材选择K值为2.5探头。

3.2耦合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗,而且经济,综合以上因素选择浆糊作为耦合剂。

3.3由于母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行。

3.4由于板厚小于20mm所以采用水平定位法来调节仪器的扫描速度。

3.5在探伤操作过程中采用粗探伤和准确探伤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是准确探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。

3.6对探测结果进行记录,如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对头内部缺陷分级应符合现行国家标准GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》的规定,来评判该焊否合格。如果发现有超标缺陷,向车间下达整改通知书,令其整改后进行复验直至合格。

4焊缝中常见的缺陷原因及防止措施

一般的焊缝中常见的缺陷有:气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。

4.1气孔:单个气孔回波高度低,波形为单缝,较稳定。从各个方向探测,反射波大体相同,但稍一动探头就消失,密集气孔会出现一簇反射波,波高随气孔大小而不同,当探头作定点转动时,会出现此起彼落的现象。

4.1.1气孔产生的原因:主要是焊材未按规定温度烘干,焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀,焊丝清理不干净,手工焊时电流过大,电弧过长;埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大;气体保护焊时保护气体纯度低等。如果焊缝中存在着气孔,既破坏了焊缝金属的致密性,又使得焊缝有效截面积减少,降低了机械性能,特别是存链状气孔时,对弯曲和冲击韧性会有比较明显降低。

4.1.2防止措施:不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条,生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干,坡口及其两侧清理干净,并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。

4.2夹渣:点状夹渣回波信号与点状气孔相似,条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高,波形多呈树枝状,主峰边上有小峰,探头平移波幅有变动,从各个方向探测时反射波幅不相同。

4.2.1夹渣产生的原因:焊接电流过小,速度过快,熔渣来不及浮起,被焊边缘和各层焊缝清理不干净,其本金属和焊接材料化学成分不当,含硫、磷较多等。

4.2.2防止措施:正确选用焊接电流,焊接件的坡口角度不要太小,焊前必须把坡口清理干净,多层焊时必须层层清除焊渣;并合理选择运条角度焊接速度等。

4.3未焊透:反射率高,波幅也较高,探头平移时,波形较稳定,在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能,而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点,承载后往往会引起裂纹,是一种危险性缺陷。

4.3.1未焊透产生原因:坡口纯边间隙太小,焊接电流太小或运条速度过快,坡口角度小,运条角度不对以及电弧偏吹等。

4.3.2防止措施:合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

4.4未熔合:探头平移时,波形较稳定,两侧探测时,反射波幅不同,有时只能从一侧探到。

4.4.1未熔合产生的原因:坡口不干净,焊速太快,电流过小或过大,焊条角度不对,电弧偏吹等。

4.4.2防止措施:正确选用坡口和电流,坡口清理干净,正确操作防止焊偏等。

4.5裂纹:检测时超声波回波高度大,有时会出现多峰现象,并且波幅宽,当检测探头平移时会连续出现超声波幅变动,当超声波探头旋转时,会出现波峰上下波动。在钢结构中,裂纹是很大的缺陷,裂纹可以降低焊接的强度,当钢结构承载后,应力集中,容易造成钢结构断裂现象。裂纹一般分为热裂纹、冷裂纹以及再热裂纹三类。

4.5.1热裂纹。(1)热裂纹产生原因:由于在焊接的时候,熔池冷却速度过快,容易造成偏析现象,导致焊缝受热不均,所产生的拉应力造成热裂纹。(2)防止措施:降低钢材中杂质含量,控制偏析程度,采用合理的焊接方式和顺序,改善焊缝在收缩时候自由度,达到焊缝合格的目的。

4.5.2冷裂纹。(1)冷裂纹产生的原因:由于焊接材料的淬透性大,在焊接后冷却过程中拉力作用下很容易造成裂开现象。焊接冷却速度过快,氢来不及逸出就容易残留在焊缝中,形成气态后存在于焊接金属的孔隙中,形成大的压力,致使裂缝形成冷裂纹。(2)防止措施:焊接前一定要进行预热处理,焊接后逐步冷却,在焊接中要减少由于焊接产生的应力。焊接后要低温退火,进行去氢处理,及时消除应力。在焊接中要规范焊接,合理制定焊接顺序和工艺,使焊件的应力状态达到要求。

结束语

综上所述,对于钢结构的质量,特别是焊接质量要严格控制。超声波无损探伤检测具有检测距离大、检测装置小、便于携带、检测成本低等特点,因此超声波无损检测得到了广泛的应用。

参考文献

[1]中国机械工程学会无损检测学会.超声波检测[M].北京:机械工业出版社,2005.

P91钢焊接工艺及超声波检测探讨 篇5

随着火电机组参数不断提高,采用的钢材种类也越来越多。近年来,P91钢材广泛应用于电站锅炉主蒸汽、热段管道上,但由于P91钢属于马氏体钢,具有相当高的空冷特性,焊接过程处理不当易产生裂纹、未熔合等危害性缺陷,这些危害性较大的缺陷能否有效的检出直接关系到机组能否安全运行,对于这些壁厚较厚的大管道射线检测不适用的情况下,采用超声波检测,对缺陷的定性和定位的修正尤为关键。

1 P91钢的特性

P91钢属于马氏体钢,其优越性能来自于提纯处理,净化钢的纯度,控制轧钢,细化晶粒,杂质含量极低,同时加入Ti、V、Nb等有益的微量元素,再轧制变形诱发C、N化物的析出,促成晶粒细化(具体化学成分和力学性能见表1、表2)。P91钢高温空冷有明显的淬硬倾向,主要问题是接头的冷裂纹和过热脆化,淬硬性是产生冷裂纹的根本原因之一,而产品结构厚度或接头拘束度越大,钢中含碳量越高,则冷裂倾向就越大,加之马氏体钢导热性差,焊接残余应力大,如再加上有氢作用,冷裂倾向就很明显。

2 P91焊接工艺的控制

①对预热温度和层间温度的合理控制可以降低焊接残余应力,从而达到防止焊缝产生冷裂纹的目的。为了防止冷裂纹,P91钢的预热温度为200~220℃,层间温度为200~300℃即可,适合的温度下马氏体转变时的冷却速度会减慢,产生“自回火”现象,形成回火马氏体,既防止了冷裂纹的产生,又提高了焊缝的韧性。

②焊后热处理应在焊接完成后,焊件温度降至80~100℃,保温1h~2h后立即进行,焊后热处理除执行DL/T819的规定外,还应执行下列规定:

1)对直径大于或等于273mm的水平管道加热时,应采用分区控温的方法进行加热,解热装置与热电偶的布置要求应符合DL/T819的规定;

2)采用SMAW填充盖面的焊接接头,焊后热处理恒温时间应不少于2h。

③焊接线能量的影响。

通过试验证明:焊层厚度为4.1mm时Ak=14~29J,焊层厚度为2.8~3.0mm时Ak=58J,这是因为后一层焊道对前一层焊道有一定的“回火效应”,如果焊层厚,这种“回火效应”就不明显了。焊层厚度是焊接线能量的直观反映,因此要获得韧性高的焊接接头,应采用小的焊接线能量。影响焊接线能量的因素有两个:焊接速度和焊接电流。降低焊接线能量要综合考虑调节焊接电流和焊接速度两个参数,不能单纯地降低焊接电流。焊接电流降得过低,熔池的铁水黏度大,流动性差,易造成未焊透、未熔合、夹渣等缺陷,所以应保证在铁水拉得开的情况下增加焊接速度,达到降低线能量的目的(焊接工艺见表3)。

3 P91钢声速的计算

根据声波计算的公式

在纵波情况下

(2)在横波情况下

式中:E———弹性模量;

Q——介质密度;

L——泊松比。

我们从相关资料查得P91钢在室温下:

将以上数据代入式中计算得出:

4 声速对超声波探伤的影响

4.1 对K值的影响

根据声学折射定律Sinα/CL=Sinβ普/C普=SinβP91/CP91可以得出不同标称K值的探头在P91钢中K值,如在普通钢中K2.5的探头,在P91中为K3,在普通钢中K3的探头,在P91中为K3.47。

4.2 对缺陷定位的影响

声速的变化影响K值的变化,因此在普通试块上调整好扫描速度后,去检测P91时,深度指示发生了变化。假设探测同一深度H的反射体,其回波时间分别为:

根据超声波探伤的原理,缺陷反射波在示波屏横轴上反映的实质是声波传播时间,所以说时间之比也就是深度显示之比。(定位差别见表4)

5 实例分析

该公司分包陕西某自备电厂2×300MW机组焊接检测工作,本工程主蒸汽管道材质为P91,规格为Φ450×60,每台机组各18道,1号机组先于2号机组两个月安装,在1号机组的主蒸汽超声波检测中,发现好多二区显示波,探头稍转,缺陷波即消失,探头运动稍快就有可能漏检,缺陷波很难找到波的最耗电,波幅随探头移动变化明显,根据裂纹波形尖锐,根部无杂波,波形宽等特征,我们确定缺陷为裂纹。经解剖后磁粉试验,验证了我们的推断,分析原因是焊接时线能量大,弧坑较深,没有填满,成形不好,换焊条间隔时间长,造成收弧区冷却快而产生弧坑裂纹,在接头处起弧时,也没有进行打磨,而是将裂纹掩盖在焊缝层间。根据以上分析结果,在2号机组施工中严格控制焊接工艺,加强层间清理和弧坑打磨工作,未再发现相似缺陷,所有焊口均检验合格(1号机组主汽超声波检测结果见表5)。

6 结论

①P91钢焊接性的主要问题是冷裂纹敏感性较强,同时也不可忽视接头性能的弱化(焊缝区韧性恶化和热影响区的软化)。合理的焊接工艺是控制和改善该钢焊接性的重要技术手段,在实际工作中要严格按照焊接工艺进行操作。②P91钢焊接要严格控制预热和层间温度,坚持多层多道焊接,焊层尽量控制在3~3.5mm为宜,严并格控制线能量。③超声检测时细小的弧坑裂纹很容易漏检,实际操作中尽可能多方向,多探头进行检测,尽量采用直射波检测。④由于声速不同能引起定位的误差,因此应尽可能使用同种材料制作的试块;若没有条件,则应能根据上述计算方法进行校对。

摘要：P91钢材焊接过程处理不当易产生危害性缺陷裂纹,要严格控制焊接工艺和焊后热处理。对于焊后超声波检测,由于声速不同,检测时应注意缺陷的定位准确问题。

关键词：P91,焊接工艺,超声波检测

参考文献

[1]李志新.P91钢焊接工艺研究[D].吉林大学,2007.

[2]黄向红.P91钢焊接工艺及焊接技巧[J].金属加工(热加工),2011(04).

船舶焊接超声检测 篇6

传统的超声检测采用单晶片探头发散声束, 在某些情况下也采用双晶片探头或者单晶片聚焦探头来减小盲区和提高分辨率。但是不管是哪种情况下, 超声场在介质中均是按照一个单一角度的轴线方向传播。

单一角度的扫查限制了超声检测对于不同方向缺陷定性和定量的能力。因此, 大部分标准都要求采用多个角度的声束扫查来提高检出率。但是对于复杂几何外形、大壁厚或者探头扫查空间有限的情况检测很难实现, 为此就需要采用相控阵探头和聚焦声束来满足上述情况的检测要求, 如图1、图2所示。

本文重点介绍超声相控阵技术在焊接接头检测方面的应用及其优势。此法是当今无损检测技术中极富有创造性的超声检测新技术, 可有效地检出焊接接头中的各种面状缺陷和体积状缺陷。检测结果以图像形式显示, 为缺陷定位、定量、定级及估判定性提供了丰富的信息。

1 超声相控阵

1.1 动作原理

超声相控阵是超声探头晶片的组合, 由多个压电晶片按一定的规律分布排列, 然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片, 所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面, 能有效地控制发射超声束 (波阵面) 的形状和方向, 能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。它为确定不连续性的形状、大小和方向提供出比单个或多个探头系统更大的能力。

通常使用的是一维线形阵列探头, 压电晶片呈直线状排列, 聚焦声场为片状, 能够得到缺陷的二维图像, 在工业中得到广泛的应用。

1.2 阵列类型

阵列顾名思义就是晶片在探头中排列的几何形状。相控阵探头有3种主要阵列类型:线形 (线阵列) 、面形 (二维矩形阵列) 和环形 (圆形阵列) , 如图3所示。目前相控阵探头大多数采用线形阵列, 因为线形阵列编程容易, 费用明显低于其他阵列。

1.3 阵列系统

相控阵换能器系统能控制超声束的转向, 这是实时超声成像中的关键特性。而实时成像中, 能够对快速移动的组织结构成像和评价, 并且该工艺易于实现自动化, 从而消除因操作技术水平的差别引起的判断变化。实现实时成像的3种扫描方法:线形扫描、扇形扫描和在线形扫描的界面上带有扇形扫描的线形扫描。相控阵列除有效地控制发射超声束的形状和方向外, 还实现和完善了复杂的无损检测应用要求的2个条件:动态聚焦和实时扫描。

1.4 电子扫描 (E-扫描)

电子扫描又称线形扫描:就是在一组激活晶片上同时发送同样的聚焦法则和延迟时间, 扫查时角度固定, 以成组的晶片沿着相控阵探头长度方向进行扫描, 如图4所示。

1.5 扇形扫描 (S-扫描)

扇形扫描也称作方位角扫描或者斜角扫描:就是采用相同的晶片和特定聚焦深度的声束, 在一定角度范围内的扫描。可以同时进行聚焦深度不同的扫描, 这类倾斜的扇面可以具有不同的扫描值, 如图5所示。扫描范围的起点和终点角度取决于探头的设计、楔块和波的类型, 扫描范围依然受制于物理学规律。

2 扫查方式

用相控阵探头对焊缝进行检测时, 无需像普通单探头那样在焊缝两侧频繁地来回前后左右移动, 而相控阵探头沿着焊缝长度方向平行于焊缝进行直线扫查, 对焊接接头进行全体积检测。该扫查方式可借助于装有阵列探头的机械扫查器沿着精确定位的轨道滑动完成, 也采用手动方式完成, 可实现快速检测, 检测效率非常高, 如图6所示。

3 应用实例

不同厂家超声相控阵设备的功能、操作及显示方式等各不相同, 但是检测应用基本相同。本文现以以色列Sonotron NDT公司生产的相控阵设备 (即ISONIC-UPA) 应用为例来分析介绍。ISONIC-UPA设备有其独特的技术特点和优势, 不同于其他厂家的相控阵设备, 体现了超前的理念。

3.1 角度补偿

传统工业相控阵定量方法不具有角度、声程、晶片增益修正技术, 多晶片探头通过楔块入射到工件内部时存在入射点漂移现象和能量分布变化。采用单一入射点校准方式与常规距离-波幅曲线修正, 造成的扇形扫查区域中能量分布不均匀及测量误差等问题未能有效解决, 如图7所示。而ISONIC-UPA相控阵设备具有角度补偿功能, 能有效地解决此类问题。

所谓角度补偿就是针对不同的聚焦法则, 输入扇形扫查所需的角度范围及入射角度的增量后, 晶片可以分别进行角度增益调整, 也就是晶片角度增益修正。

有了角度增益补偿设置功能, 可以取代传统的通过设置DAC曲线的方法来补偿增益变化。在ASME Case2557标准中明确指出进行扇形扫描时要进行角度增益补偿。角度增益补偿曲线如图8所示, 经过角度补偿后得到的等量化数据如图9所示。

3.2 二次波显示

传统相控阵扇形扫查采用单纯的声程显示, 不能显示缺陷的真实位置, 如图10所示。这种成像模式将处在二次波位置上的缺陷转换成一次波位置进行成像显示, 给分辨缺陷的具体位置增加难度, 不能直观给出缺陷真实位置。对于检测角焊缝、T形焊缝、K形焊缝及Y形焊缝无法显示真实成像结果, 使该成像模式的应用受到限制, 仅能用于检测对接接头。

而ISONIC-UPA采用二次波检测成像显示模式, 成像结果与真实几何结构一致, 如图11所示。这种成像模式能直观显示缺陷的位置及被检工件焊缝的真实结构, 这是声程显示成像模式无法比拟的。

3.3 检测应用

3.3.1 动车横梁管对接焊缝检测

3.3.1. 1 检测部位及坡口示意图

(1) 检测部位说明。横梁管一端内壁被机加工, 加工的形状及规格如图12所示, 目的是为了套入侧梁的横梁座中。

侧梁的横梁座端头加工后, 为了插入横梁管, 如图13所示。

从图12和图13看, 受工件结构限制, 检测空间有限, 仅能从横梁管侧单面 (即图14中A面) 进行检测。相控阵探头放在图14中A面上, 且探头前端距焊缝边缘的距离为12 mm。

(2) 坡口示意图。图14是对接后的坡口示意图。该接头既有对接, 又有搭接的型式。焊接方法采用自动焊。

3.3.1. 2 检测结果

采用相控阵技术中的扇形扫描检测该焊缝, 一次扫查即可检测整个焊接接头, 而常规手动超声波需要采用不同角度的探头进行多次检测。检测结果发现有超标缺陷。采集的三维视图, 如图15所示。

采用的设备是ISONIC-UPA相控阵设备。探头参数为1个线形相控阵探头, 晶片数为32个, 频率为5 MHz。扇形角度范围为35°~80°。检测标准为EN1714—1998和EN1712—1997。试块为EN1714—1998中DAC曲线试块 (准3 mm的横通孔) 。

3.3.1. 3 裂纹解剖图

对该焊缝返修, 发现是裂纹缺陷, 如图16所示。

3.3.2 动车连接座对接焊缝检测

3.3.2. 1 检测部位及坡口示意图

(1) 检测部位说明。检测动车的连接座, 其形状如图17所示。

从图17看, 检测空间有限, 仅能从横梁管侧进行单面单侧检测。相控阵探头放在横梁管侧A面上, 如图18所示, 且探头前端距焊缝边缘的距离为12 mm。

(2) 坡口示意图。图18是对接后的坡口示意图。该焊缝是双面焊, 采用自动焊方法焊接。

3.3.2. 2 检测结果

采用相控阵技术中的扇形扫描检测该焊缝, 一次扫查即可检测整个焊接接头, 而常规手动超声波至少采用2种角度的探头进行多次检测。检测结果为未熔合缺陷, 如图19所示。

采用的设备是以色列ISONIC-UPA相控阵设备。探头参数为1个线形相控阵探头, 晶片数为32个, 频率为5 MHz。扇形角度范围为35°~80°。检测标准为EN1714—1998和EN1712—1997。试块为EN1714—1998中DAC曲线试块。

3.3.2. 3 未熔合的返修图

对该焊缝返修, 发现是未熔合缺陷, 如图20所示。

3.3.3 动车横梁座角焊缝检测

3.3.3. 1 检测部位

图21为横梁座角焊缝的实物图。从该结构看, 检测空间有限, 仅能从单面单侧进行检测。

3.3.3. 2 坡口示意图

图22为横梁座角焊缝的坡口示意图。

3.3.3. 3 检测结果

采用相控阵技术中的扇形扫描检测该焊缝, 一次扫查即可检测整个焊接接头, 而常规手动超声波需要进行多次扫查, 才能完成整个接头的检测。检测结果为根部未焊透, 如图23所示。

采用的设备是ISONIC-UPA相控阵设备。探头参数为1个线形相控阵探头, 晶片数为32个, 频率为5 MHz。扇形角度范围为35°~80°。检测标准为EN1714—1998和EN1712—1997。试块为EN1714—1998中DAC曲线试块。检测要求根部允许有小于等于1 mm深的未焊透。

4 结语

(1) 超声相控阵技术可任意设定偏向角和聚焦深度的声束, 能使检测条件最佳化。

(2) 检测结果以图像形式显示, 即采用A扫描、B扫描及C扫描等显示方式, 具有能实时评定分析缺陷的优点。

(3) 相控阵技术检测优势显著, 诸如检测速度快、效率高、定量精度高、容易分析缺陷及合理评定缺陷等, 它是一项既有挑战性又极具发展前途和推广价值的新技术。

(4) 对检测人员素质要求比较高, 既要有丰富的实际经验, 又要有熟练的电脑操作能力。对图形的识别要积累经验, 才能准确地评定检测结果。

总之, 相控阵技术的优点主要体现在:探头尺寸小、探头数量少, 电子扫描对缺陷实时显示记录且检测速度快, 检测灵活性更强, 更适用于检测结构复杂的工件。

摘要：分析了超声相控阵技术的特点, 介绍了超声相控阵技术在焊接接头检测中的应用。从应用结果可以看出, 超声相控阵技术能极大地提高检测效率, 降低劳动强度, 节省检测成本。

船舶焊接超声检测 篇7

在船舶修理的坞修工程中,通海阀修理是必修工程。通常的修理是将阀门拆解后,按照修理工艺进行检修后再安装至原位置。由于时间等原因,通常80%的阀门在现场进行修理,再通过下水后进行现场检查是否存在泄漏的情况。这种检验方法原始且效率低,特别是在最后的下水阶段才能进行有效的检验,一旦发现阀门由于修理、安装等各种原因产生泄漏时,为确保安全,只能重新抬坞,将故障阀门抬高至水面1米以上才能排查,进而延长了坞修周期。

因此,对阀门在修理后进行及时且必要的检验,是保证坞修周期的条件之一。目前的常规检验方法有:①拆卸进车间修理的情况下,可以在车间内通过试压的办法进行检验。②因阀门通径较大(一般大于350mm)而原地修理的,一般通过渗水或肉眼望光等办法进行简单的检查。也可以通过加工或焊接封板的办法进行试压检验,该办法有效但施工周期长,成本高。有时,还会遇到因邻近油舱而无法施工的情况。③本文所论述的运用超声波检测方法,对被检测阀门进行有效检测。该方法简单可靠,成本低,劳动强度大大减小。同时,还可以有效检测出阀门与管路连接的法兰处是否有泄漏。

方法一一般只能应用在小通径的阀修理,且仅对阀门本身进行检验,安装后的法兰等处无法得到有效的检验;方法二的检验受客观原因影响只能进行较为原始且不可靠的方法进行简单检验或导致成本高昂、周期长;方法三则有着相对成本低、效率高、查漏率高等优势。因此,推荐采用第三种方法进行有效的检验,本文就该方法的原理及实际操作予以介绍。

1 超声波特性

1.1 超声波的吸收特性

对于一个频率一定的声波,在气体中传播时吸收最厉害,在液体中传播时吸收比较弱,在固体中传播时吸收最小。声波在各种物质中传播时,随着传播距离的增加,强度会逐渐减弱,这是在传播过程中产生的能量损耗。

1.2 超声波的束射特性

根据研究也实践分析,超声波的一些特性与光波类似。如传播特性中,超声波也有典型的反射、折射现象。且当超声波在平面表面上的反射角等于入射角。当超声波在两种不同的物质间传播时,两样会产生折射,且两种物质的密度差别越大,则折射角也就越大。

而对于同一物质,声波的频率越高,吸收越强。超声波的频率较高,因此,这一特性较为明显。由于这一特点,可以利用信号源与接收器之间的位置、距离做出不同的判断。

1.3 超声波的能量传递特性

超声波所以往各个工业部门中有广泛的应用,主要之点还在于可以比声波具有更大的功率。

我们知道,通过声波产生的功率大小直接与频率相关。当振幅一定时,频率越高则功率越大。而超声波通常比可闻声波高数倍乃至数百倍,因此在其他条件相同的情况下,超声波能产生更大的功率。

同样的道理,在所需的功率一定的情况下,通过换能器,运用超声波作为能量传递,则可以将换能器更加趋于小型化,有利于设备体积的减小并降低成本。

1.4 超声波具有较好的指向性———频率越高,指向性就越强

这在探伤和水下声通讯等应用场合是主要的考虑因素。同时,指向性结合束射性可以作为测距与障碍检查的应用介质。

1.5 超声波频率范围超出人类的听觉范围之外

超声波用起来很安静,人们听不到它,这一点在高强度工作场合尤为重要。可是这些高强度的工作用可闻频率的声波来完成时往往更有效,然而遗憾的是,可闻声波工作时所产生的噪声令人难以忍受,有时甚至是对人体有害的。同时,在我们的工作环境中,噪音源特别多,而超声波的这一特点正好因频段的不同而规避了噪音的干扰。

1.6 波长与频率成反比

当超声波的频率变高时,相应地波长将变短,因此波长可以与传播超声波的试验材料的尺寸相比拟,甚至波长可远远小于试样材料的尺寸。这在厚度尺寸很小的测量应用中以及在高分辨率的探伤应用中是非常重要的。而且所用的频率越高,波长越短,则检测精度越高,但是也需要对谐波做出合理的处理。

1.7 超声波的声压特性

当声波传播进某物体时,由于声波产生的振动使物质分子产生压缩和稀疏的作用,将使物质内部所受的压力产生变化。由于声波振动引起附加压力现象叫声压作用。由于超声波所具有的能量很大,就有可能使物质分子产生显著的声压作用。

超声波的声压特性在液体中的表现更加突出。当足够能量的超声波作用在液体中(例如水中)时,由于声压作用给分子之间产生压缩与稀疏作用。产生稀疏时,分子间会产生向外散开的拉力。当拉力达到一定程度时,会在液体中产生空泡作用。而空泡的产生是瞬间短时的,在这样的瞬时的空泡形成与消失过程中,特别是空泡消失时的闭合作用会给在液体中的悬浮物体表面产生巨大的破坏作用,这种巨大的破坏作用数位于大气压力产生的拉力。

利用这一特性可以做超声波清洗一类的应用将附着于物体表面的污垢剥离达到清洁的目的。

2 解决方案

2.1 设备仪器

超声波泄漏检测仪JY-EM282是采用先进的超声传感技术,专门用于检测气体,液体等泄露隐患情况。产品具有体积小,重量轻,准确可靠,操作方便,实用等优点,是一台实用的便携式检测仪器。该仪器能再现场迅速,准确,直观地找出各类压力或真空整体系统的气体,液体泄露故障,还能检测船舶,汽车座舱,冰箱,容器等密闭零件的密封程度。

技术参数:具有“LEAK”指示灯及耳机信号进行声光报警指示、使用温度范围为0℃-40℃、使用湿度范围<80%相对湿度、.频率响应为40k Hz±2k Hz,采用9V 6F22电池为电源,最大工作电流仅35m A。

2.2 操作方法

①首先,将拾波器与信号发生器打开,在无隔离的状态下对拾波器与信号发生器的工作状态完好进行检测。当拾波器的听筒(耳机)能清晰听到“嘟嘟嘟”声时,表示工作正常。反之,须检查信号发生器与拾波器的完好性。当关闭信号发生器时,拾波器的听筒(耳机)应随之无声间发出。

②将超声波发生器放置于等检验阀门外端(通海侧)并打开电源开关,使发生器发出预设的超声波供拾波器进行检查。在另一端通过拾波器进行检测。当阀门有泄漏时,发生器发出的超声波将通过绕射、反射或直接传播而到达检测端被拾波器收集到。

在被检测阀门得到有效检验的同时,如保持信号发生器仍正常工作,开启阀门,还可以检查阀门前端一定距离(1~2米)的管路是否存在泄漏。

3 使用推广

在实际检测使用中,通过适当的调节信号发生器(超声波)的功率大小,可以达到检测阀门是否泄漏的目的。同时,还可以将此检测方法运用到船舶修理过程中的舷窗玻璃更换、水密箱修理等工程的密封性能检测中,该检测手段大大提高了发现工程中可能存在密性缺陷的及时性,为缩短施工周期节约成本提供有力保障,甚至在一些场合下能完美替代压力试验、冲水试验等传统检验方法。

3.1 舷窗等玻璃修理检漏

传统的舷窗或驾驶台玻璃或框的更换修理后的检验,通过采用肉眼观察或压粉线的方式检查是不是存在泄漏,少量位置条件较好的采用人工冲水的方式检查泄漏与否。

肉眼观察方法原始,对于小的泄漏根本无法检查。压粉线只能针对可以开关的窗进行检查,而像驾驶台玻璃是固定安装在窗框上的且在高空也很难用冲水等传统方法检漏。若在船舶出厂后的航行过程中发现泄漏,将会给船方带来损失,同时给厂方声誉产生负面影响。

上述类似无法采用有效的传统检验方法确保无泄漏的,可采用本文所论述的超声波检漏方法进行必要而有效的检查,将可能存在的泄漏在船舶出厂前发现并消除。

3.2 水密门、水密箱等修理检漏

船舶焊接超声检测 篇8

1 超声波无损检测的目标

钢结构防护密闭门焊接质量的无损检测方法有很多，超声波无损检测是较为常见的一种检测方法。超声波技术是人们发现大于20000赫总结经验上的声波频率，人的耳朵虽然听不见，然而却可以用特殊仪器接收的一种声音。这种声波作用在不同物理性质的物体上，声波反射回来的波形会不一样。人们应用发射超声波，接受超声波反馈回来的数据，这种方法可以了解一件事物的物理结构。超声波的原理被应用在钢结构防护密闭门焊接质量的无损检测中，即人们应用发射超声波和接受超声波反馈信息的方法了解钢结构防护密闭门材质是否产生了异样的变化。应用这种技术，人们能够了解钢材质经过焊接以后受到何种程度的物理损伤。这种检测方法成本低、适用性强、检测结构准确，目前被广泛的应用。

2 超声波无损检测的方法

脉冲反射法是目前比较常见的钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测方法。这种检测方法根据埋设探头的不同分为直探头探伤法与横波斜探头探伤法。一般来说，横波斜探头探伤法常被应用于钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测中，本次研究以此为例案，说明钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测技术的应用方法。

2.1 应用条件分析

横波斜探头探伤法是将传感器埋在始脉冲与底脉冲之间，然后发射超声波，传感器接受了超声波传来的信息以后，将它反馈给计算机处理器，计算机将反馈的数据转换为数据波形，人们通过观察波形了解焊缝质量的一种检测方法。

横波斜探头探伤法中，探头发射的超声波与焊缝危险缺陷会存在夹角，为了调整检测的精确度，人们需要用低频发射超身波，探头的斜率需控制在K1.5-K2.5之间，埋射探头的耦合剂通常选用带有粘性的浆糊。

2.2 检测前的准备

钢结构防护密闭门焊接完毕以后，外表会有大量的杂物和不规则的深坑，在检测以前，需清除杂物，打磨深坑，以便超声波在检测时出现误差。施工人员在做钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测时，需先了解该次要检测的对象。比如施工材料的焊缝种类、坡口形式、材质的正面或背面等。施工人员在做检测时，将以这些对象作为指标，了解该次焊接施工的质量。施工人员在做焊接检测时，如果要准确的了解到超声波反馈信息，便要做好以下的准备工作：要控制检测的速度，一般来说，施工的速度要控制在每秒150毫米以下；焊接的检测通常会出现灵敏度的误差，施工人员要做好传感器的调整工作，做好灵敏度的补偿计算工作；施工人员在检测时，要在检测过程中应用宽度重叠的方式作检测，以锯齿型扫查的方式移动，这种检测方式能够更准确的得到检测的结果。在焊缝的两个边侧和焊缝中心则要用斜平行扫查的方式作移动。在做钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测的时候，施工人员可应用这两种方法对检测的对象全方位的进行检测，以便准确的了解钢结构防护密闭门焊接质量。

2.3 检测应用方法

应用钢结构防护密闭门焊接质量超声波无损检测的时候，施工人员要全方位的扫查焊接的成果，以便详细的了解焊接的质量。人们通过计算传感器反馈的波形图就能够了解焊接的质量。

3 超声波无损检测的分级

为了描述钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的结果，目前人们用分级的方法说明检测的质量。钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的分级标准如表1所示。

钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的检测缺陷可描述为如下：出现气孔，即施工人员在焊接的时候出现了气体，这些气体融合在钢材质中形成气孔；夹渣，即施工人员在焊接的时候，杂质混进了钢材质中；未焊透，即施工人员未通过高温将两种材质合二为一；未熔合，即施工人员未通过高温将两件钢材质结合起来，出现了较大的焊缝；裂缝，即施工人员焊接过度，破坏了钢材质。

施工检测的I级标准为焊接的结果达到施工的要求；IV级标准为焊接中出现了裂纹及未焊透的问题，即焊接质量不合格。

在进行钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的时候，有时会出现检测结果不太精确的问题，这种检测结果不能反映结构防护密闭门焊接质量，此时施工人员需更换检测的方法、调整检测的参数、用多种角度进行检测。如果从这三个方面进行调整，施工人员就能得到较为准确的检测结果。

4 结束语

应用钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的方法，人们可以在不影响钢材质焊接成果的前提下了解到钢结构防护密闭门焊接质量，这是一种较为先进的检测技术。本次研究从钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的目标、方法、分级这三个方面说明了这种检测方法的应用。

摘要：在建筑施工中,人们要应用到钢结构防护密闭门焊接的技术,如果钢结构防护密闭门焊接的质量出现问题,施工的整体质量就难以保证。做好钢结构防护密闭门焊接质量的检测有非常重要的意义,本次研究从钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的目标、方法、分级这三个方面说明了这种检测方法的应用。应用钢结构防护密闭门焊接质量的超声波无损检测的方法,人们可以在不影响钢材质焊接成果的前提下了解到钢结构防护密闭门焊接质量。

关键词：钢结构防护密闭门,焊接质量,超声波无损检测

参考文献

[1]喻海萍.小口径薄壁管分层缺陷的超声探伤[J].无损探伤,2007(3).